Spożycie zaledwie 50 gorzkich migdałów może uwolnić cyjanowodór w ilości wystarczającej do zabicia osoby dorosłej w mniej niż 3 minuty. Na szczęście słodka odmiana, którą zbieramy z pojemników w sklepach spożywczych, jest bezpieczna do spożycia dzięki mutacji.

Podczas gdy usterka pojedynczego genu odpowiedzialna za smakowitość migdałów była rozpoznawana od stulecia, wymagała sekwencjonowania genomu ujawnić złożoną kontrolę cechy. Raquel Sánchez-Pérez, biochemik z CEBAS-CSIC, rolniczego ośrodka badawczego w Hiszpanii, oraz współpracownicy z Uniwersytetu w Kopenhadze i innych miejscach w Europie, opublikowali w czerwcu swoje odkrycia w Science.

A Beloved Nut Through Historia

Migdały ołowiu pistacje, orzechy brazylijskie, orzechy włoskie, pekan, orzechy nerkowca i orzeszki piniowe są popularne wśród orzechów drzewnych, a orzeszki ziemne są najpopularniejszymi orzeszkami ziemnymi.

W 2016 roku Michelle Obama żartowała, że jej mąż spożywa dokładnie 7 migdałów każdej nocy. „Otóż to!” – wykrzyknęła. Kiedy New York Times poważnie doniósł o tej obserwacji, jedzenie 7 migdałów stało się rzeczą.

Nagłówki wykrzykują atrybuty. „9 opartych na faktach korzyści zdrowotnych migdałów” wymienia witaminy, minerały i przeciwdziałające utleniacze, przypisujące orzechom obniżenie poziomu cukru we krwi, cholesterolu i głodu. Tak wiele artykułów zachwala zdolność migdałów do „rozpuszczania tkanki tłuszczowej”, że cóż, musi to być prawda.

Dowody na to, że uprawa migdałów datuje się na Żyzny Półksiężyc, rozpoczęła się około 11650 lat temu. Pliniusz Starszy napisał w swojej encyklopedii Naturalis Historia w pierwszym wieku naszej ery, że Rzymianie wiedzieli, jak usunąć gorycz i truciznę z migdałów. Orzechy odkryto w grobowcu króla Tuta z 1324 roku pne. A tekst chrześcijański z IV wieku opisuje przekłuwanie i zatykanie pnia drzewa powoduje, że „… gorzkie migdały” „tracą kwasowość swojego soku i stają się pysznymi owocami”.

Cyjanek!

Twarde jądra gorzkich orzechów drzewo migdałowe Prunus amygdalus dzieli z innymi członkami rodziny Rosaceae zdolność do uwalniania cyjanowodoru, który jest gazem składającym się z węgla wiązanego trzema wiązaniami z azotem. Nasiona jabłek, lnu i manioku (inaczej manioku) oraz twarde wnętrzności brzoskwiń, śliwek i moreli również uwalniają cyjanek.

Aromat używanego cyjanowodoru jako trucizna jest opisywana jako „gorzki migdał” w powieściach kryminalnych, najsłynniejsza prawdopodobnie „Błyszczący cyjanek” Agathy Christie, opublikowana jako Remembered Death w 1945 roku. Była częścią Cyklonu B, kluczowego składnika tego, co naziści wysłali do komór gazowych. Pigułki cyjankowe, które rzekomo strzelają do szpiegów, to sole, cyjanek potasu lub cyjanek sodu. Zabijają w ciągu około 5 minut.

Cyjanek w migdałach pochodzi z reakcji substancji biochemicznej zwanej amigdaliną, która tworzy się z cząsteczki zwanej prunazyną, która powstaje z aminokwasu fenyloalaniny. Jak w każdym szlaku biochemicznym, enzym katalizuje (przyspiesza) każdy krok.

W zjawisku podobnym do uruchomienia pałki żarowej na koncercie Phishów, roślina zawiera chemiczne prekursory produkcji cyjanku w różnych częściach które wchodzą w kontakt, gdy owad lub inny roślinożerca zgrzyta orzech. W roślinach „typu dzikiego” (niezmutowanych) z gorzkimi orzechami prunazyna, która zgromadziła się pod osłonką nasion, jest kierowana w kierunku rozwijających się listków, gdzie enzymy przekształcają ją w amigdalinę.

Pow!

Chrupiące szczęki uwalniają cyjanek i benzaldehyd, źródło gorzkiego smaku. Podczas gdy zwierzę szybko się poddaje, drzewo dostaje krótki podmuch węgla i azotu.

Ale w zmutowanych roślinach migdałowych prunazyna jest niszczona, zanim będzie mogła aktywować obronę, którą dr Sánchez-Pérez opisał w 2008 roku. Bez toksyn, bez goryczy i słodkiego smaku. Mutacja, którą się cieszymy, szkodzi drzewu, czyniąc je podatnym na roślinożerne.

Cyjanek zasadniczo dusi komórki, zastępując tlen w mitochondriach, blokując konwersję energii zawartej w wiązaniach cząsteczek składników odżywczych w ATP, biologiczną waluta energetyczna. Dlatego tak szybko koniec nadchodzi dla zwierząt, które nieszczęśliwie ugryzły orzecha śmierci.

Amygdalin cieszył się w latach 70. sławą pod inną nazwą: letril, rzekome lekarstwo na raka – wszystko pochodziło z pestek moreli, ostatecznie zarabiając komplikują wyróżnienie jako jeden z najlepszych przykładów szarlatanerii medycznej. Letril był również promowany jako „witamina B17”, chociaż nie jest witaminą.

Bardziej interesująca była rola amigdaliny w „śmierci od brzoskwini”, praktykowanej w Egipcie w drugim tysiącleciu, kiedy doły używano do zatruwania księży uznanych za zdrajców. Chemicy po raz pierwszy wyizolowali związek z migdałów na początku XIX wieku . Należy do klasy naturalnych toksyn zwanych glikozydami cyjanogennymi, które produkuje ponad 3000 gatunków roślin.

Znalezienie słodszych orzechów

Dokładnie sto lat temu eksperymenty przypominające samego Gregora Mendla ujawniły, że pojedynczy gen kontroluje gorycz lub słodycz migdałów.

W artykule w Genetics „Czynnik goryczy w słodkich migdałach” Meyer J. Heppner opisał eksperymenty, które przeprowadził w latach 1916-1919 na University Farm w Davis , Kalifornia. Próbował opóźnić kwitnienie o kilka dni, aby drzewa mogły przetrwać późne przymrozki.

Liczby z krzyżówek hodowlanych, które ustawił Heppner, pokazały mi, jak groszek Mendla: 32 krzyże dały 602 drzewa, z czego 243 zakwitło w badanym okresie, dając 208 ze słodkimi migdałami i 59 z gorzkimi migdałami.

Dla genetyka jest to klasyczny stosunek mendlowski 3: 1, wskazujący, że jedna wersja cechy jest dominująca, i jeden recesywny. Fakt, że „gorzki” jest recesywny, wyjaśnia, dlaczego pojawia się nieoczekiwanie, tak jak pomarszczony zielony groszek Mendla.

Heppner przeliterował to: „Jest prawie idealny stosunek 3: 1, 3,028: 0,972. To bliskie przybliżenie do teoretycznego stosunku monohybrydów Mendla wskazuje, że wszystkie odmiany migdałów reprezentowane w powyższych krzyżówkach są heterozygotyczne pod względem słodkości ziarna. Muszą mieć konstytucję genetyczną Bb, gdzie b oznacza czynnik goryczy jako charakter recesywny, a B czynnik słodyczy, jako charakter dominujący… możliwe, że mutacja wystąpiła w gorzkim drzewie migdałowym z wynikiem słodkich migdałów . ”

Więc Heppner próbował wybrać dla późniejszych bloomersów i zamiast tego znalazł słodsze orzechy. Naukowcy ostatecznie sprytnie nazwali gen, który nadaje słodycz, gdy zmutowane „słodkie jądro”. Wydaje się, że gorycz może pojawić się na nowo, gdy pszczoły przenoszą pyłek rodzący „b” do zalążków „b” w kwiatach.

To ponowne pojawienie się cech recesywnych było inspiracją dla pracy Mendla, ale teoria jest również praktyczna. Każdego sezonu nowe drzewa muszą być testowane (smakowane), a te z gorzkimi migdałami wyrzucane. To było marnotrawstwo. Trzymaj się tej myśli.

Podejście genomowe

Znalezienie źródła słodyczy było trudne. trochę okrężne. Kiedy naukowcy odkryli, że dwa geny, których produkty białkowe są niezbędne do syntezy amigdaliny, nie różniły się między drzewami gorzkimi i słodkimi, przyjrzeli się genom, które kontrolują ekspresję tych genów. To trochę tak, jak dwie osoby noszące te same część garderoby, jak szalik, na zupełnie inne sposoby.

Białka zwane czynnikami transkrypcyjnymi kontrolują, czy inne geny są włączone czy wyłączone. Złożenie sekwencji genomu drzewa migdałowego ujawniłoby geny czynników transkrypcyjnych, które mogłyby odpowiadać dla rozróżnienia między gorzkie i słodkie orzechy?

Rzeczywiście, w genomie migdałów pięć genów czynników transkrypcyjnych skupia się na jednym chromosomie. Nazywa się je bHLH, co oznacza „podstawowa helisa-pętla-helisa”, czyli trójwymiarową formę, która umożliwia tym białkom włączanie i wyłączanie określonych zestawów genów, kontrolując ich aktywność.

pięć genów bHLH, tylko jeden, bHLH2, jest włączany lub wyłączany inaczej na drzewach dających słodkie i gorzkie migdały. Więc jest to długo poszukiwany gen „słodkie jądro”.

Drobna usterka genetyczna, zmiana cytozyna (C) na tyminę (T), zmienia jeden aminokwas w czynniku transkrypcyjnym w sposób, który uniemożliwia mu przyjęcie normalnego kształtu, ułożonych w stosy par. W rezultacie dwa geny amigdaliny nie są aktywowane, co przecina szlak biochemiczny na gorycz. Migdały są słodkie.

Oprócz rozwiązania tajemnicy pochodzenia smacznych migdałów, w ramach nowej pracy zidentyfikowano wariacje w sekwencjach DNA otaczających gen bHLH2. Można je włączyć do testu diagnostycznego, aby wybrać sadzonki, które dadzą rośliny ze słodkimi orzechami, zamiast sadzić drzewa przez trzy do pięciu lat, aby sprawdzić, czy orzechy są toksyczne czy słodkie. W ten sposób naukowcy mogą wybierać lub modyfikować inne geny bez obawy o pojawienie się recesywnej cechy goryczy, co pozwala zaoszczędzić na kosztach i użytkowaniu gruntów.

Implikacje odbijają się echem poza popularnymi orzechami.Naukowcy sugerują genomiczne podejście do wczesnego wykrywania toksyn w innych roślinach, w tym gossypolu w bawełnie (męski środek antykoncepcyjny), przeciwutleniających antocyjanów w truskawkach, linamaryny i lotaustraliny, które wytwarzają cyjanek w manioku oraz saponiny, które powodują gorzkość komosy ryżowej.

Moja ulubiona część historii o migdałach? Demonstracja geniuszu naukowców, takich jak Gregor Mendel, których obserwacje i sprytne eksperymenty, bez pomocy technologii, ujawniły jednak same prawa natury.